CN116215194A - 一种可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，包括玻璃基层，玻璃基层的内外表面上分别设置有第一隔离层和第二隔离层，第一隔离层和第二隔离层上分别设置有第一载体层和第二载体层，第一载体层和第二载体层上分别开设有若干第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽的开口均背离玻璃基层；第一凹槽和第二凹槽内均喷涂有光触媒涂层。本发明通过在车窗玻璃板上设置光触媒涂层，利用光触媒的光催化反应，可实现玻璃的自洁效果，且可降解有毒有害气体，杀灭细菌等，从而有效净化空气；且利用凹槽来承载光触媒，可有效防止光触媒的脱落。

Description

一种可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板
技术领域
本发明属于玻璃技术领域，具体涉及一种可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板。
背景技术
普通的汽车玻璃长期暴露在自然环境下，很容易受到雨水、油污或灰尘等外来物的污染，大大降低汽车玻璃的透明性能，影响美观及行车视线。为保持玻璃表面的清洁，需要定期对其表面进行擦洗，通常通过喷洒清洗剂，人工或采用机器自动擦拭玻璃后，再用高压水枪冲洗，费时费力，且不容易清洗干净。特别是，若车窗玻璃在车行使过程中遭受雨水等沾染，则无法及时进行清洁，从而会影响驾驶员的开车视线。雨水的沾染往往与汽车玻璃表面的疏水性能差有关，疏水性能好，则雨水不容易润湿汽车玻璃表面，会在其表面形成一个很大的接触角(大于90°)而成水滴状，水滴容易在汽车玻璃表面移动，进而滑落。疏水性能差，则雨水在汽车玻璃表面易形成水膜，即便是采用雨刮，仍然会有大量的水痕残留，因此，易影响开车视野，给开车带来安全隐患。
此外，汽车内部因经常处于密闭环境，内部空气不流通，易导致细菌、病毒等微生物滋生。且汽车内饰材料如皮革、纺织品、塑料配件、胶合剂等在高温暴晒下易挥发出甲醛、苯、VOC等有毒有害气体，对人体健康不利。在改善车内环境的诸多措施中，光触媒以其效果稳定持久、使用方便等优异性能，深受广大消费者的宠爱。光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可把有机污染物分解成无污染的水和二氧化碳，因而具有极强的杀菌、净化空气功能。然而，目前光触媒在应用中的缺陷也日益显现，如将光触媒喷剂喷涂在车窗玻璃表面，则容易造成脱落；而如果将光触媒设置在车窗玻璃内部，则由于光触媒不能与外部的有机物、空气进行有效接触，导致光触媒的光催化效果有限。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板。
本发明是通过如下技术方案来实施的：
一种可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，包括玻璃基层，所述玻璃基层的内外表面上分别设置有第一隔离层1和第二隔离层2，所述的第一隔离层1和第二隔离层2上分别设置有第一载体层3和第二载体层4，所述的第一载体层3和第二载体层4上分别开设有若干第一凹槽5和第二凹槽6，所述第一凹槽5和第二凹槽6的开口均背离所述的玻璃基层；所述的第一凹槽5和第二凹槽6内均喷涂有光触媒涂层7。
将光触媒层设置在载体层的凹槽内，可更多、更牢固地担载光触媒，避免光触媒脱落，大大增加了可见光对光触媒的辐照面积，同时也大大增加了光触媒与空气中有毒有害气体的接触面积，从而可获得高效的光催化反应效果。此外，凹槽之间为间隔排列设置，使光触媒涂层7亦为间隔排列设置，从而可保证一定的光透过率。凹槽的设置还可增大玻璃板表面的粗糙程度，进而提高玻璃板表面与水的接触角，改善玻璃板的疏水性能。
位于车外侧的光触媒层主要对玻璃起自洁效果，即起除尘、除污垢的作用，具体为：光触媒在可见光照射下，产生光催化反应，使玻璃板表面堆积的灰尘、污垢即有机物分解成水和二氧化碳，从而保持玻璃板表面光洁、明亮。
位于车内侧的光触媒层主要起净化车内空气的效果，具体为：车内的空气接触到第一载体层3上的光触媒，光触媒经可见光照射后，将空气中含有的氧气转化成强氧化活性基团，强氧化活性基团可降解空气中的甲醛、甲苯、TVOC等有毒有害气体，可杀灭空气中的细菌、病毒等微生物，从而达到净化车内空气的目的；同时，还可起到除尘、除污垢等作用。
可选地，所述的第一隔离层1和第二隔离层2是由SiO2与高折射率物质TiO2、CeO2、Bi2O3、Nb2O3、ZnO、SnO2或WO3的任意一种混合后，涂覆在所述的玻璃基层上而形成，其折射率为1.8-1.9。
SiO2的折射率低，TiO2、CeO2、Bi2O3、Nb2O3、ZnO、SnO2及WO3的折射率高，通过在玻璃基层和载体层之间设置包含高、低不同折射率的隔离层，可缓冲光触媒涂层7的高折射率造成的强反光效应，并可阻挡玻璃中的碱金属离子向光触媒涂层7扩散而破坏光触媒涂层7晶格，从而确保了光触媒的光催化活性。
可选地，所述第一载体层3和第二载体层4的材料为透光材料，所述的透光材料为氧化铝、氧化硅或氧化钛。
可选地，所述的第一载体层3上还设置有多孔保护层8。多孔保护层8的设置，可防止第一载体层3凹槽内的光触媒脱落，还可使空气透过多孔保护层8后接触到光触媒层，确保光触媒能发挥净化空气的效果。
可选地，所述的多孔保护层8为多孔聚苯乙烯薄膜层。多孔聚苯乙烯薄膜具有很高的透明度和光泽度，对气体的透过率大，便于空气透过多孔聚苯乙烯薄膜后与光触媒充分接触，以使光触媒在可见光的照射下，对甲醛、苯、VOC等多种有毒有害气体进行催化分解。
可选地，所述的第二载体层4上还涂覆有疏水膜层9。疏水膜层9可进一步增大载体层表面与水的接触角，提高玻璃板表面的疏水性能。在遇降雨天气时，不会导致雨水在车窗上形成水膜而影响视野，提升了行驶安全。
可选地，所述的疏水膜层9的材料为四乙氧基硅烷或者氟硅烷。四乙氧基硅烷和氟硅烷不仅具有疏水的性能，还具有疏油的性能，能有效防止车窗玻璃上沾染雨水及油污而影响行车视线。
可选地，所述的玻璃基层由第一玻璃层10和第二玻璃层11组成，所述的第一玻璃层10和第二玻璃层11之间设置有真空腔体12。真空腔体12可避免车外与车内之间的热传递，进而能够使得车内的温度环境处在相对稳定的状态；当车内温度与车外温度出现较大温差的时候，可避免玻璃内部出现水汽凝结而产生水雾，进而影响视线。
可选地，所述的第一玻璃层10和第二玻璃层11均为钠钙硅酸盐玻璃，其可见光的透过率为85％～89％。
可选地，所述的第一凹槽5和第二凹槽6均为条形凹槽；所述第一凹槽5的横截面为半圆形；所述第二凹槽6的横截面为扇形，所述扇形的角度大于330°。因第一凹槽5的横截面为半圆形，可最大化地确保空气的透过率，从而使车内的空气经多孔保护层8后与光触媒充分接触，进而提高空气净化效果。因第二凹槽6横截面的扇形角度大于330°，具有收口结构，在保证气体进入的同时，可防止光触媒从凹槽内部脱落；收口结构还可防止玻璃表面的水滴通过凹槽的收口进入凹槽内，提高了玻璃表面的疏水性能。
光触媒光催化反应的工作原理为：光触媒在可见光的照射下，由于吸收了光能而产生电子空穴对(e-/h+)，这些空穴对(光载流子)会迅速迁移至表面，并激活其表面附着的H2O和O2而产生羟基自由基·OH和超氧自由基·O2-，而这两种氧化性极强的活泼自由基会迅速与玻璃板表面附着的大分子量的碳氢化合物反应，生成无害的CO2和水。还可破坏细菌的细胞膜，使细菌质流失而死亡；或使病毒的蛋白质凝固，抵制病毒活性。如空气中存在有害物质、异味物质(如甲醛、乙酸、二氧化氮、硫化氢等)时，亦可被氧化分解成无毒、无味的物质，从而达到净化空气的目的。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过在车窗玻璃外侧上设置光触媒涂层，光触媒涂层上的光触媒在吸收可见光后，产生超强的光催化降解能力，可对玻璃表面起活化作用，加速玻璃上的有机污垢的降解，使大多数有机物达到完全矿化，无需人工擦洗，即可实现玻璃的自洁效果；
2、本发明通过在车窗玻璃内侧上设置光触媒涂层，光触媒经可见光照射后，将空气中含有的氧气转化成强氧化活性基团，强氧化活性基团可降解空气中的甲醛、甲苯、TVOC等有毒有害气体，可杀灭空气中的细菌、病毒等微生物，从而达到净化车内空气的目的；同时，亦可起到除尘、除污垢等作用；
3、本发明通过将光触媒设置在凹槽内，有利于增大载体的表面积，提高光触媒的负载量，增加空气及可见光与光触酶的接触面积，进而提高光催化效率；同时还可有效防止光触媒的脱落；
4、本发明通过设置双层玻璃，并在双层玻璃之间设置真空腔体，可避免车外与车内之间的热传递，进而能够使得车内的温度环境处在相对稳定的状态；当车内温度与车外温度出现较大温差的时候，可避免玻璃内部出现水汽凝结而产生水雾，进而影响视线；且双层玻璃的设置有利于增强玻璃板的强度；
5、本发明通过在玻璃基层和光触媒涂层之间设置包含高、低不同折射率的隔离层，可缓冲光触媒涂层的高折射率造成的强反光效应，并阻挡了玻璃中的碱金属离子向光触媒涂层扩散而破坏光触媒涂层晶格，确保了光触媒的光催化活性；
6、本发明通过设置疏水膜层，疏水膜层可进一步增大光触媒载体层表面与水的接触角，提高玻璃板表面的疏水性能；当遇降雨天气时，不会导致雨水在车窗上形成水膜而影响视野，提升了行驶安全。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明第二载体层的结构示意图。
图中：1.第一隔离层，2.第二隔离层，3.第一载体层，4.第二载体层，5.第一凹槽，6.第二凹槽，7.光触媒涂层，8.多孔保护层，9.疏水膜层，10.第一玻璃层，11.第二玻璃层，12.真空腔体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不受实施例所限制。
实施例1
如图1-2所示，一种可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，包括玻璃基层，玻璃基层的内外表面上分别设置有第一隔离层1和第二隔离层2，第一隔离层1和第二隔离层2上分别设置有第一载体层3和第二载体层4，第一载体层3和第二载体层4上分别开设有若干第一凹槽5和第二凹槽6，第一凹槽5和第二凹槽6的开口均背离玻璃基层；第一凹槽5和第二凹槽6内均喷涂有光触媒涂层7。
光触媒涂层7的主要成分为超小二氧化钛改性后的(2nm)水溶液，将光触媒层设置在载体层的凹槽内，可更多、更牢固地担载光触媒，避免光触媒脱落，大大增加了可见光对光触媒的辐照面积，同时也大大增加了光触媒与空气中有毒有害气体的接触面积，从而可获得高效的光催化反应效果。此外，凹槽之间为间隔排列设置，使光触媒涂层7亦为间隔排列设置，从而可保证一定的光透过率。凹槽的设置还可增大玻璃板表面的粗糙程度，进而提高玻璃板表面与水的接触角，改善玻璃板的疏水性能。
位于车外侧的光触媒层主要对玻璃起自洁效果，即起除尘、除污垢的作用，具体为：光触媒在可见光照射下，产生光催化反应，使玻璃板表面堆积的灰尘、污垢即有机物分解成水和二氧化碳，从而保持玻璃板表面光洁、明亮。
位于车内侧的光触媒层主要起净化车内空气的效果，具体为：车内的空气接触到第一载体层3上的光触媒，光触媒经可见光照射后，将空气中含有的氧气转化成强氧化活性基团，强氧化活性基团可降解空气中的甲醛、甲苯、TVOC等有毒有害气体，可杀灭空气中的细菌、病毒等微生物，从而达到净化车内空气的目的；同时，还可起到除尘、除污垢等作用。
其中，第一隔离层1和第二隔离层2是由SiO2与Bi2O3混合后，涂覆在玻璃基层上而形成，其折射率为1.85。SiO2的折射率低，Bi2O3的折射率高，通过在玻璃基层和载体层之间设置包含高、低不同折射率的隔离层，可缓冲光触媒涂层7的高折射率造成的强反光效应，并可阻挡玻璃中的碱金属离子向光触媒涂层7扩散而破坏光触媒涂层7晶格，从而确保了光触媒的光催化活性。
其中，第一载体层3和第二载体层4的材料为氧化铝。
其中，第一载体层3上还设置有多孔保护层8。多孔保护层8的设置，可防止第一载体层3凹槽内的光触媒脱落，还可使空气透过多孔保护层8后接触到光触媒层，确保光触媒能发挥净化空气的效果。
其中，多孔保护层8为多孔聚苯乙烯薄膜层。多孔聚苯乙烯薄膜具有很高的透明度和光泽度，对气体的透过率大，便于空气透过多孔聚苯乙烯薄膜后与光触媒充分接触，以使光触媒在可见光的照射下，对甲醛、苯、VOC等多种有毒有害气体进行催化分解。
其中，第二载体层4上还涂覆有疏水膜层9。疏水膜层9可进一步增大载体层表面与水的接触角，提高玻璃板表面的疏水性能。在遇降雨天气时，不会导致雨水在车窗上形成水膜而影响视野，提升了行驶安全。
其中，疏水膜层9的材料为氟硅烷，氟硅烷不仅具有疏水的性能，还具有疏油的性能，能有效防止车窗玻璃上沾染雨水及油污而影响行车视线。
其中，玻璃基层由第一玻璃层10和第二玻璃层11组成，第一玻璃层10和第二玻璃层11之间设置有真空腔体12。真空腔体12可避免车外与车内之间的热传递，进而能够使得车内的温度环境处在相对稳定的状态；当车内温度与车外温度出现较大温差的时候，可避免玻璃内部出现水汽凝结而产生水雾，进而影响视线。
其中，第一玻璃层10和第二玻璃层11均为钠钙硅酸盐玻璃，其可见光的透过率为85％。
其中，第一凹槽5和第二凹槽6均为条形凹槽；第一凹槽5的横截面为半圆形；第二凹槽6的横截面为扇形，扇形的角度为340°。因第一凹槽5的横截面为半圆形，可最大化地确保空气的透过率，从而使车内的空气经多孔保护层8后与光触媒充分接触，进而提高空气净化效果。因第二凹槽6横截面的扇形角度为340°，具有收口结构，在保证气体进入的同时，可防止光触媒从凹槽内部脱落；收口结构还可防止玻璃表面的水滴通过凹槽的收口进入凹槽内，提高了玻璃表面的疏水性能。
实施例2
第一隔离层1和第二隔离层2是由SiO2与TiO2混合后，涂覆在玻璃基层上而形成，其折射率为1.8。第一载体层3和第二载体层4的材料为氧化钛。疏水膜层9的材料为四乙氧基硅烷，四乙氧基硅烷不仅具有疏水的性能，还具有疏油的性能，能有效防止车窗玻璃上沾染雨水及油污而影响行车视线。第一玻璃层10和第二玻璃层11均为钠钙硅酸盐玻璃，其可见光的透过率为87％。第二凹槽6的横截面为扇形，扇形的角度为335°，具有收口结构。其余同实施例1。
实施例3
第一隔离层1和第二隔离层2是由SiO2与CeO2混合后，涂覆在玻璃基层上而形成，其折射率为1.9。第一载体层3和第二载体层4的材料为氧化硅。疏水膜层9的材料为氟硅烷，氟硅烷不仅具有疏水的性能，还具有疏油的性能，能有效防止车窗玻璃上沾染雨水及油污而影响行车视线。第一玻璃层10和第二玻璃层11均为钠钙硅酸盐玻璃，其可见光的透过率为89％。第二凹槽6的横截面为扇形，扇形的角度为332°，具有收口结构。其余同实施例1。
实施例4
第一隔离层1是由SiO2与ZnO混合后，涂覆在玻璃基层上而形成，其折射率为1.9。第二隔离层2是由SiO2与SnO2混合后，涂覆在玻璃基层上而形成，其折射率为1.85。第一载体层3和第二载体层4的材料为氧化钛。疏水膜层9的材料为氟硅烷，氟硅烷不仅具有疏水的性能，还具有疏油的性能，能有效防止车窗玻璃上沾染雨水及油污而影响行车视线。第一玻璃层10和第二玻璃层11均为钠钙硅酸盐玻璃，其可见光的透过率为89％。第二凹槽6的横截面为扇形，扇形的角度为335°，具有收口结构。其余同实施例1。
实施例5
第一隔离层1是由SiO2与Nb2O3混合后，涂覆在玻璃基层上而形成，其折射率为1.8。第二隔离层2是由SiO2与WO3混合后，涂覆在玻璃基层上而形成，其折射率为1.85。第一载体层3和第二载体层4的材料为氧化硅。疏水膜层9的材料为四乙氧基硅烷，四乙氧基硅烷不仅具有疏水的性能，还具有疏油的性能，能有效防止车窗玻璃上沾染雨水及油污而影响行车视线。第一玻璃层10和第二玻璃层11均为钠钙硅酸盐玻璃，其可见光的透过率为87％。第二凹槽6的横截面为扇形，扇形的角度为331°，具有收口结构。其余同实施例1。
1、抗菌性能测试
对比例：玻璃板从内至外依次包括多孔保护层、第一载体层、第一玻璃层、真空腔体、第二玻璃层、第二载体层和疏水膜层，第一载体层和第二载体层上分别开设有若干第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽内未喷涂光触媒涂层。
将上述实施例1-5与对比例中的各玻璃板按照以下测试方法进行抗菌性能测试：以金黄色葡萄球菌作为指示菌，按照GB/T 30706-2014《可见光照射下光催化抗菌材料及制品抗菌性能测试方法及评价》进行杀菌率检测，分别在明条件和暗条件下培养6h，测试结果见下表。
Figure BDA0004142835970000091
Figure BDA0004142835970000101
从上表可看出：未喷涂光触媒的玻璃板(即对比例)基本没有抗菌功效，而本发明喷涂有光触媒的玻璃板(即实施例1-5)在明条件下的杀菌率均超过了90％，表明其均具有抗菌作用，且实施例3的抗菌率达到了99％，表明其具有较强的抗菌作用。

Claims (10)

1.一种可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，包括玻璃基层，其特征在于：所述玻璃基层的内外表面上分别设置有第一隔离层(1)和第二隔离层(2)，所述的第一隔离层(1)和第二隔离层(2)上分别设置有第一载体层(3)和第二载体层(4)，所述的第一载体层(3)和第二载体层(4)上分别开设有若干第一凹槽(5)和第二凹槽(6)，所述第一凹槽(5)和第二凹槽(6)的开口均背离所述的玻璃基层；所述的第一凹槽(5)和第二凹槽(6)内均喷涂有光触媒涂层(7)。
2.根据权利要求1所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述的第一隔离层(1)和第二隔离层(2)是由SiO2与高折射率物质TiO2、CeO2、Bi2O3、Nb2O3、ZnO、SnO2或WO3的任意一种混合后，涂覆在所述的玻璃基层上而形成，其折射率为1.8-1.9。
3.根据权利要求1所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述第一载体层(3)和第二载体层(4)的材料为透光材料，所述的透光材料为氧化铝、氧化硅或氧化钛。
4.根据权利要求1所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述的第一载体层(3)上还设置有多孔保护层(8)。
5.根据权利要求4所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述的多孔保护层(8)为多孔聚苯乙烯薄膜层。
6.根据权利要求1所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述的第二载体层(4)上还涂覆有疏水膜层(9)。
7.根据权利要求6所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述的疏水膜层(9)的材料为四乙氧基硅烷或者氟硅烷。
8.根据权利要求1所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述的玻璃基层由第一玻璃层(10)和第二玻璃层(11)组成，所述的第一玻璃层(10)和第二玻璃层(11)之间设置有真空腔体(12)。
9.根据权利要求8所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述的第一玻璃层(10)和第二玻璃层(11)均为钠钙硅酸盐玻璃，其可见光的透过率为85％～89％。
10.根据权利要求1所述的可见光响应光触媒和疏水双功能车窗用玻璃板，其特征在于：所述的第一凹槽(5)和第二凹槽(6)均为条形凹槽；所述第一凹槽(5)的横截面为半圆形；所述第二凹槽(6)的横截面为扇形，所述扇形的角度大于330°。
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